La chirurgie minimalement invasive est aujourd’hui une thématique de recherche particulièrement active. Un traitement thérapeutique ciblé et la possibilité d’établir un diagnostic précis grâce à l’utilisation de systèmes miniaturisés peuvent considérablement améliorer de nombreuses pratiques médicales. Le recours à des microrobots actionnés à distance et naviguant dans le système cardiovasculaire ouvre de nouvelles perspectives. L’objectif de cette thèse est de proposer un socle théorique solide concernant i) la modélisation d’un microrobot naviguant dans le système cardiovasculaire, ii) l’élaboration de lois de commande et d’observateurs assurant un bon suivi de trajectoire depuis la zone d’injection jusqu’à une zone cible. La modélisation du système fait intervenir de nombreuses forces : forces hydrodynamiques, forces surfaciques (électrostatique, van der Waals, stériques), forces de contact et poids apparent du microrobot. Ce microrobot est contrôlé dans le système cardiovasculaire par l’application de champs ou de gradients de champ magnétique selon le design du microrobot. La prise en compte de l’ensemble des forces aboutit à une représentation d’état sous la forme d’un système non-linéaire affine en la commande avec dérive comportant de nombreux paramètres physiologiques incertains. Une trajectoire de référence optimisée est déduite du modèle. L’approche de commande adoptée est établie à partir de critères de stabilité du système. Le système étant non-linéaire, une commande de type Lyapunov stabilisante est développée suivant une approche de type backstepping. L’estimation de certains paramètres physiologiques est rendue possible par une commande de type backstepping adaptatif. Un observateur grand gain reconstruit l’état complet du système nécessaire au calcul de la commande. La stabilité et la robustesse de l’ensemble sont établies au travers de nombreuses simulations en présence de bruits de mesure et d’erreurs paramétriques. / Minimally invasive medical procedures are currently an active research aera. A drug targeted therapy and the possibility of establishing an accurate diagnosis through the use of miniaturized systems can greatly improve many medical practices. The use of untethered microrobots navigating in the cardiovascular system opens new perspectives. The objective of this PhD work is to provide a theoretical approach on i) the modeling of a microrobot navigating in the cardiovascular system, ii) the development of control laws and observers to ensure a fine tracking from the injection to a target area. Modeling such as system involves many forces : hydrodynamic forces, surface forces (electrostatic, van derWaals, steric), contact forces and apparent weight of the microrobot. This microrobot is controlled in the cardiovascular system by the application of magnetic fields or magnetic field gradients according to the design of the microrobot. The consideration of all the forces leads to a state representation in the form of a nonlinear system with many physiological uncertain parameters, but gives us sufficient informations to plan an optimal trajectory. The control approach is established based on stability consideration. A Lyapunov-stabilizing control is then developed using a backstepping approach. An adaptive backstepping control law estimates some physiological parameters. A high gain observer reconstructs the full state of the system required for implementing the control approach. Robustness and stability of the controller with respect to noise measurement, parameters variations and uncertainties are illustrated by simulations.

Les objectifs scientifiques de ces travaux de thèse reposent sur le développement d’une plateforme robotisée pour la réalisation d’un acte d’échographie à distance. Les contraintes de cet acte médical à distance ont conduit à la réalisation d’un robot sériel à cinq degrés de liberté. La présence d’une singularité centrale a conditionné la proposition d’une loi de commande cinématique pondérée dont l’objectif est d’assurer le meilleur suivi du geste médical et le maintien du plan ultrasonore à l’approche de la singularité. Cette loi de commande est basée sur une combinaison linéaire de l’inverse et de la pseudo-inverse de la matrice jacobienne de base du robot. Les réseaux haut débit sont nécessaires pour l’utilisation de la plateforme télé-opérée afin d’assurer une très bonne qualité des images échographiques reçues par l’expert. Cependant, ils sont soumis à de forts délais de transmission perturbant la stabilité du système robotique et le ressenti des interactions robot/patient. L’architecture de commande bilatérale passive proposée est basée sur le formalisme des variables d’ondes, et inclut les structures mécatroniques des postes maître et esclave, et les caractéristiques des liens de communication. Cette approche garantit, quels que soient les délais de transmission, la stabilité et la transparence de la plateforme télé-opérée. La prise en compte de l’ensemble des caractéristiques mécatroniques de la chaîne télé-opérée a permis de proposer une méthodologie pour l’adaptation d’impédance afin d’améliorer le rendu haptique au niveau du poste maître. Des expérimentations par satellite ont validé l’approche de la structure bilatérale et confirmé la stabilité et la transparence de la chaîne télé-opérée quels que soient les délais de communication. / The scientific objectives of this PhD thesis work are based on the development of a robotic platform used to perform tele-echography act via satellite link. The constraints of the remote tele-echography procedure led to the development of a 5-DOF serial robot. The presence of a central singularity has conditioned the proposal of a weighted kinematic control law to ensure a better monitoring of medical procedure and ultrasonic plan when approaching the singularity. This control law is based on a linear combination of the inverse and pseudo-inverse of the Jacobian matrix. Broadband networks are required to provide high quality ultrasound images to the medical expert. However, they are subject to high transmission delays disrupting the stability of the robotic system and rendering of robot/patient interactions. The passive bilateral control architecture proposed is based on the wave variables approach ; it includes the mechatronic master and slave characteristics, and the communication links characteristics. This approach ensures stability and transparency of the tele-operated platform whatever the transmission time delay. A methodology for impedance matching taking into account the characteristics of mechatronic tele-operated chain has improved haptic rendering at the station master. Satellite experiments have validated the proposed wave variables bilateral structure and confirmed the stability and transparency of the tele-operated chain for any communication delays.

Le cancer est une maladie caractérisée par la croissance incontrôlée des cellules. Le nombre de personnes atteintes par le carcinome hépatocellulaire (CHC) est en progression croissante. Les traitements utilisés jusqu'à présent par les médecins tels que la chimioembolisation transartérielle (TACE) et la radioembolisation transartérielle (TARE) présentent des limitations à cause des effets secondaires causés sur les tissus sains. En vue d'atteindre un meilleur contrôle tumoral avec le minimum de complications des tissus sains, les approches microrobotiques peuvent apporter des solutions au problème du ciblage thérapeutique. Une solution consiste à contrôler la direction de transporteurs thérapeutiques (bolus magnétiques), composés de microparticules magnétiques et d’agents anti-cancéreux, à l’intérieur des vaisseaux sanguins vers la zone tumorale. Des champs magnétiques extérieurs sont alors utilisés pour propulser, guider et naviguer une flottille de bolus magnétiques au travers du réseau artériel. Cette thèse propose donc une méthodologie globale à mettre en place afin de rendre les procédures locorégionales transartérielles robotisées plus ciblées et plus localisées. Dans un premier temps, nous avons optimisé la quantité de médicament à injecter sous forme de bolus magnétiques. Ensuite, nous nous sommes intéressés à l'optimisation de la structure du bolus en vue d’assurer d’une part, la navigation optimale à l’intérieur des vaisseaux et d’autre part, d’offrir la possibilité d’embarquer une quantité d’agents thérapeutiques plus importante. La navigation des bolus délivrés par un cathéter vers la zone ciblée (tumeur) est assurée grâce au développement et à l'implémentation d’une loi de commande optimale. La validation de l'injection et de la navigation des bolus magnétiques a été réalisée sur une plateforme magnétique robotisée développée dans le cadre de cette thèse. / Cancer is a disease characterized by an uncontrolled cell growth. The number of people with hepatocellular carcinoma (HCC) is growing constantly. The treatments used by doctors until nowadays such as transarterial chemoembolization (TACE) and transarterial Radioembolization (TARE) have limitations because of the side effects caused to healthy tissues. In order to achieve best tumor control with minimal complications on healthy tissues, microrobotics technology can provide solutions to the problem of therapeutic targeting. One solution is to control the direction of the therapeutic carriers (magnetic bolus), composed of magnetic microparticles and anti-cancer agents, inside the blood vessels to the tumor area (target). External magnetic fields are then used to propel, steer and navigate a magnetic bolus fleet through the arterial system. This thesis offers a global methodology to implement in order to make the robotic transarterial locoregional procedures more targeted and localized. First, we have optimized the amount of drug to be injected as magnetic boluses. Then, we have carried out the optimization of the magnetic bolus structure in order to ensure firstly, the optimal navigation inside the vessels and secondly, to offer the possibility of carrying a larger amount of therapeutic agents. The navigation of boluses delivered by the catheter to the target area (tumor) is ensured through the development and implementation of the optimal control law. The validation of the injection and navigation magnetic bolus are performed on a magnetic microrobotic platform.

Nous présentons dans cette thèse les différentes étapes de conception d'une plateforme microrobotique dédiée au positionnement sous faisceau de lumière d'objets de dimensions micrométriques. Cette plateforme a pour vocation de mettre en oeuvre des méthodologies d'asservissement et de suivi de position de micro-objets placés au coeur même d'un faisceau de lumière. L'objectif final étant de caractériser des micro/nano-matériaux par diffraction et diffusion des rayons X. Les différentes contraintes technologiques rencontrées par les systèmes de micro-nanomanipulation actuels en environnement synchrotron nous ont amené à concevoir une plateforme microrobotique de manipulation duale utilisant des sondes de microscope à force atomique (AFM). Diverses méthodologies de préhension avec une ou deux sondes AFM avec capteur de force intégré - ont été proposées en vue d'évaluer chacune d'entre-elles dans un contexte de positionnement tridimensionnel. Une stratégie de commande des micromanipulateurs à double étage est mise en oeuvre pour assurer l'asservissement de position des sondes AFM lors des tâches d’approche et de transport du micro-échantillon sous test. Afin d’augmenter la robustesse de positionnement vis-à-vis des erreurs de modélisation, des perturbations extérieures et des bruits de mesure, nous avons proposé une commande robuste de type H∞, avec optimisation des paramètres de pondération à partir d’algorithmes génétiques. De plus, les erreurs aléatoires d’alignement du faisceau de lumière avec l’objet sont corrigées en temps-réel par l’utilisation d’estimateurs de position (filtres de Kalman et particulaire). Finalement, des tâches microrobotiques automatisées de micro-préhension, de transport et de positionnement de microobjets sphériques de 8 μm de diamètre placés sous faisceau de lumière laser ont été réalisées avec succès. Le « benchmark » proposé est en cours de transfert au sein du European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) à Grenoble pour validation sous faisceau de rayons X. / We present in this thesis the various stages in the design of a microrobotics platform dedicated to the manipulation of micro/nano objects in a synchrotron environment. It is composed of dual micro/nano manipulators in order to handle and to maintain a micro/nano-sample through the focus of a X-ray or laser beam for material characterization and analysis. The main idea is to control and to drive in a robust way the micro/nanomanipulators by focusing the beam on the center part of the handled micro-object. A microgripper based on two Atomic Force Microscope (AFM) tips with integrated piezoresistive force sensors is proposed. First, the dual manipulators are controlled cooperatively by combining the different actuator dynamics to track a laser beam with nanometer precision. A robust control strategy based on H∞ control ensures a robust microhandling task under the focus of the laser beam whatever the external perturbations involved and parametric model uncertainties. The Genetic Algorithm (GA) approach is used to compute the parameter weighting functions in to obtain an optimal H∞ controller. Then, we propose to compensate the laser beam variations (thermal drift, mechanical variations) by estimating the position of the laser beam using stochastic estimators (Kalman and particle filters). To this aim, the maximum intensity of the laser beam is measured and tracked in real-time by a four-quadrant photodiode sensor. Finally, experimental results performed of micro-spheres (diameter: 8 μm) demonstrate the robustness of the robotic microhandling tasks using the proposed control scheme strategy.

Aujourd’hui, la conception ne porte plus sur de simples objets, mais sur des systèmes complexes, sociotechniques et ouverts. Les systèmes de conduite de procédés font partie de ce type de systèmes, où les performances du système reposent sur l’optimisation conjointe des composantes humaines et techniques. Afin de limiter la détection d’erreur tardive, il devient alors important de pouvoir effectuer des tests tout au long de la conception, sans augmenter les coûts et les délais de conception. L’objectif de nos travaux est de faciliter l’intégration de techniques de vérification par simulation, dès le début de la conception, pour des systèmes de conduite de procédés de type gestion de fluide. Pour tenir compte du caractère adaptable du système et de son évolution dans un environnement dynamique, une première contribution porte sur la démarche de vérification, basée sur la formalisation et la contextualisation des propriétés à vérifier. Puis, afin de faciliter l’obtention des modèles de simulation du procédé nécessaires à la mise en œuvre des vérifications tout au long de la conception, nous proposons une approche de génération automatisée des modèles de simulation du procédé dans le langage Modelica (modélisation multi-domaine), à partir d’un schéma P&ID (représentation de l’architecture fonctionnelle du procédé) et d’une bibliothèque d’éléments (contenant les modèles de simulation des éléments). L’implémentation de cette approche dans le cadre du flot de conception automatisée de contrôle- commande d’Anaxagore permet d’apporter une preuve de concept et une preuve d’usage de nos propositions. / Nowadays, engineers have to design open, complex and sociotechnical systems. The process control systems belong to this class of systems, in which the system performance relies on the joint optimisation of technical components and human components. To avoid the late discovery of design errors, it is necessary to perform tests throughout the design without adding design costs and delays. The aim of this work is therefore to facilitate the integration of checking by simulation, from early design stage, for process control systems such as fluid management systems. Regarding the adaptable feature of the system and its evolution in a dynamic environment, a first contribution focusses on the verification approach, by modelling the requirements within the context. Then, to facilitate the obtaining of the process simulation models required for checking throughout the design, we propose an automatic generation approach of simulation models in Modelica language (multi-domain modelling), from a P&ID model (modelling of the functional architecture of the process) and a library of elements (containing the simulation models of elements). To provide a proof of concept and a proof of use of our proposals, this approach has been implemented into Anaxagore, an automated design flow for monitoring and control.

The medical community has expressed a need for flexible medical instruments. Hence, this work investigates the possibility to use "flexible fluidic actuators" to develop such flexible instruments. These actuators are driven by fluid, i.e. gas or liquid, and present a flexible structure, i.e. an elastically deformable and/or inflatable structure. Different aspects of the study of these actuators have been tackled in the present work:<p>• A literature review of these actuators has been established. It has allowed to identify the different types of motion that these actuators can develop as well as the design principles underlying. This review can help to develop flexible instruments based on flexible fluidic actuators.<p>• A test bench has been developed to characterize the flexible fluidic actuators.<p>• A interesting measuring concept has been implemented and experimentally validated on a specific flexible fluidic actuator (the "Pneumatic Balloon Actuator", PBA). Ac- cording to this principle, the measurements of the pressure and of the volume of fluid supplied to the actuator allow to determine the displacement of the actuator and the force it develops. This means being able to determine the displacement of a flexible fluidic actuator and the force it develops without using a displacement sensor or a force sensor. This principle is interesting for medical applications inside the human body, for which measuring the force applied by the organs to the surgical tools remains a problem.<p>The study of this principle paves the way for a lot of future works such as the implemen- tation and the testing of this principle on more complex structures or in a control loop in order to control the displacement of the actuator (or the force it develops) without using a displacement or a force sensor.<p>• A 2D-model of the PBA has been established and has helped to better understand the physics underlying the behaviour of this actuator.<p>• A miniaturization work has been performed on a particular kind of flexible fluidic actu- ator: the Pleated Pneumatic Artificial Muscle (PPAM). This miniaturization study has been made on this type of actuator because, according to theoretical models, minia- turized PPAMs, whose dimensions are small enough to be inserted into MIS medical instruments, could be able to develop the forces required to allow the instruments to perform most surgical actions. The achieved miniaturized muscles have a design similar to that of the third generation PPAMs developed at the VUB and present a total length of about 90 mm and an outer diameter at rest of about 15 mm. One of the developed miniaturized PPAMs has been pressurized at p = 1 bar and it was able to develop a pulling force F = 100 N while producing a contraction of 4 %.<p>Propositions have been made regarding a further miniaturization of the muscles. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished

L’alimentation de charges non linéaires par une source d’alimentation, dans un réseau électrique, est fréquemment soumise à des perturbations et/ou déséquilibres du courant d’alimentation reçu par la charge. Les perturbations du courant d’alimentation désignent la présence d’harmoniques dans le courant d’alimentation, celui-ci n’étant alors pas sinusoïdal, ainsi que la présence d’une puissance réactive trop importante circulant sur le réseau. Les déséquilibres du courant d’alimentation se traduisent, dans un réseau polyphasé, par une mauvaise répartition des courants d’alimentation dans les différentes phases induisant un courant non nul dans le neutre côté source. En outre, dans un réseau électrique de type réseau public de distribution, ces perturbations ou déséquilibres peuvent être soumis à une réglementation du fournisseur d’énergie, c’est ainsi qu’il est utile de mettre en place un dispositif efficace pour minimiser ces perturbations et déséquilibres afin d’améliorer la qualité de l’énergie électrique. Le filtrage actif est une solution efficace qui consiste à injecter un courant adapté sur le réseau pour réduire les perturbations. Toutefois, les solutions actuelles ne permettent pas d’équilibrer les courants d’alimentation de manière efficace, et peuvent même s’avérer inefficaces pour réduire les perturbations si les tensions d’alimentation sont déséquilibrées. En outre, ces solutions ne sont généralement pas utilisable à la fois en monophasé ou en polyphasé, ni avec un fil de neutre. Le travail faisant l’objet de cette thèse vise à proposer une loi de commande générique, c’est-à-dire adaptable au cas monophasé, triphasé, polyphasé, pour un filtrage actif parallèle dont les performances (THD, facteur de déséquilibre, ..) sont améliorées par rapport à l’art existant surtout lorsque le réseau de distribution est perturbé. La recherche de solutions simples à implanter et robustes dans leur performance fait également partie de nos objectifs. La démarche est conduite par la voie de la simulation numérique et les propositions sont validées en laboratoire via une maquette expérimentale raccordée sur le réseau basse tension. A noter que les objectifs font apparaitre un caractère méthodologique fort, donnant lieu à de nombreuses déclinaisons tant par la nature du réseau (monophasé, triphasé, avec ou sans neutre, ..) que par les caractéristiques des perturbations (charges non-linéaires, déséquilibres, perturbations,....). / Feeding non-linear loads by a power source in an electric network is frequently subject to disturbances and / or unbalances in the supply current received by the load. The disturbances of the supply current denote the presence of harmonics, its waveform being non sinusoidal as well as the presence of too much reactive power circulating in the network. The unbalances in the supply current in a polyphase network (including three phase) manifest by a bad repartition of these supply currents in different phases resulting in a non-zero current in the neutral line at the source side. In addition, in a public distribution electrical network, these disturbances or unbalances may be subject to additional charges by the energy supplier, it is thus useful to implement an effective system to minimize these disturbances and unbalances in order to improve the quality of electrical energy. The active filter is an effective solution that consists in the injection of a suitable current into the network to reduce disturbance. However, the present solutions of active filters do not help to balance the supply currents efficiently, and may even be ineffective in reducing the disturbances if the supply voltages are unbalanced. Moreover, proposed solutions are generally not adapted to both single-phase or polyphase, or with a neutral wire. The work in this thesis aims to propose a generic control strategy for a shunt active filter, i.e. suitable for single-phase three phases and polyphase, whose performance (THD, unbalance factor...) are improved compared to the existing state of the art especially when the distribution system is disturbed. The quest for solutions simple to implement and robust in their performance is also part of our objectives. The proposed approach is conducted using computer simulation and validated on a laboratory experimental model connected to the low voltage network. Note that the objectives uncover a strong methodological trait, giving rise to many declensions by the nature of the network (single phase, three phases with or without neutral ...)

L'objectif principale de cette thèse est de développer contrôleurs innovants MIMO pour la dynamique véhicule tout en préservant la stabilité du véhicule dans les situations de conduite critiques. Des stratégies de commandes innovatrices ont été introduites pour résoudre cette problématiques. En effet, ces travaux se base sur travaux l'utilisation de la commande LPV/Hinf pour contrôler simultanément les actionneurs de freinage, braquage et de suspensions pour réaliser les objectives du contrôle.Aussi de stratégies d'estimation du profil de route très intéressant et qui peuvent apporter une solution industrielle très intéressante pour développer des contrôleurs qui assurent adaptative aux différentes conditions de route.Aussi des stratégies de commande tolérante aux défauts actionneurs ont été établi en exploitant les caractéristiques de la commande LPV pour compenser la perte de certains actionneurs (en sachant que la voiture est un système sur actionné). Des implémentations ont été effectuées sur des bancs de test et sur un véhicule réel pour prouver l'efficacité des stratégies. / The main issue of this thesis is to work out new Global Chassis MIMO controllers that enhance the overall dynamics of the vehicle while preserving the vehicle stability in critical driving situations. Many innovative strategies have been explored and finalized to deal with these problematics. Various solutions have been given to deal with the vehicle stability and performance objectives. Indeed, many works based on the LPV/Hinf approach have been developed to control simultaneously the braking, steering and suspension actuators. On the other hand, innovative road profile estimation strategies have been introduced and validated via experimental procedures, providing new cheap and easily implementable techniques to estimate the road profile characteristics. Then, the vehicle control is adapted, depending on the road roughness (since it influences greatly the behaviour and the stability of the car). Several fault tolerant control strategies have been also considered to handle the actuators failures while keeping the vehicle stability, safety and enhancing the dynamical behaviour of the car in dangerous and critical driving situations.The general content of this thesisis as follows :-PART I : Theoretical backgrounds and vehicle modeling.-PART II : Road adaptive control vehicle dynamics.-PART III : Global chassis control using several actuators.Also, during this thesis and using the previous works of the advisors and the thesis results, a Matlab ToolBox "Automotive" has been developed to provide a bench test for the different automotive control studies. Implementations on test beds and real vehicle are also achieved to prove the efficiency of the proposed strategies.

Cette thèse de doctorat porte sur l’optimisation du bioprocédé de production d’acide lactique à partir de la farine de blé. L'acide lactique s’avère en effet de plus en plus attractif pour la production de PLA (acide poly lactique), un bio polymère, d’autant plus que différentes matières premières peu coûteuses comme la farine de blé sont désormais utilisées comme sources de carbone pour sa production. Cette thèse comprend trois parties principales. Une première partie propose pour l’optimisation du procédé de transformation du blé un schéma innovant composé de trois étapes successives : une liquéfaction, suivi d’une étape de saccharification et hydrolyse des protéines simultanées (SSPH) et une étape finale de saccharification, hydrolyse des protéines et fermentation simultanées (SSPHF). La deuxième partie s’intéresse à la modélisation de l’étape SSPHF (étape limitante) dans un bioréacteur continu. La détermination des paramètres du modèle ainsi que leur validation sont réalisées à l’aide de campagnes d’essais sur un bioréacteur de 5 L.Enfin, la dernière partie développe la mise en oeuvre de stratégies de commande permettant de maintenir le bioprocédé à son point optimal de fonctionnement. Pour ce faire, du fait de l’absence de capteurs pour la mesure en temps réel des concentrations des variables clé dans le bioréacteur, des estimateurs de ces concentrations ainsi que du taux de production en acide lactique sont tout d’abord élaborés. Des stratégies de commande régulant la concentration d’acide lactique à sa valeur optimale sont ensuite synthétisées et comparées en simulation. Une commande adaptative combinant une commande linéarisante par retour d’état et un estimateur du taux de production en acide lactique est finalement retenue et validée expérimentalement sur un réacteur instrumenté. Cette dernière s’est avérée robuste vis-à-vis des erreurs de modélisation et a permis lors des expériences de doubler la productivité de l’acide lactique. / This PhD thesis focuses on the optimization of the bioprocess of lactic acid production from wheat flour. Indeed, lactic acid has received much attention for the production of PLA (Poly Lactic Acid), a biopolymer, since different inexpensive raw material such as wheat flour are now used as carbon source for its production. This work was performed in three main steps. In the first step, an innovative wheat transformation process is proposed, whose main steps are the following: a liquefaction followed by a simultaneous saccharification, proteins hydrolysis (SSPH) and and a final simultaneous saccharification, proteins hydrolysis and fermentation (SSPHF). Secondly, the modeling of the SSPHF (limiting step) in a continuous bioreactor is considered. The determination and validation of model parameters is performed by means of experimental campaigns in a 5 L bioreactor.In the last step, the development of control strategies to maintain the process at its optimal operating point is considered. To do so, due to the absence of sensors for real-time measurement of the concentrations of key variables of the bioreactor, estimators of these concentrations and of the lactic acid production rate are first developed. Then, control strategies for regulating the lactic acid concentration at its optimal value are designed and compared in simulation. An adaptive control combining a state feedback linearizing control and an estimator of the lactic acid production rate is finally chosen to be experimentally validated on an instrumented reactor. This strategy showed good robustness features with respect to modeling mismatches and was able during experiments to increase twice the lactic acid productivity.

La problématique traitée dans cette thèse concerne la commande de robots manipulateurs industriels légèrement flexibles utilisés pour la robotisation de procédés d'usinage et de soudage FSW. Le premier objectif est la modélisation des robots et des procédés. Les modèles développés concernant la cinématique et la dynamique de robots 6 axes à architecture série et à flexibilité localisées aux articulations. Les paramètres du modèle dynamique et les raideurs sont identifiés avec la méthode à erreur de sortie qui donne une bonne précision d'estimation. La norme relative du résidu du modèle après identification est de 3,2%. Le deuxième objectif est l'amélioration des performances de la robotisation des procédés. Un simulateur a été développé qui intègre le modèle dynamique du robot flexible, les modèles de procédés et le modèle du contrôleur de robot y compris les lois de commande en temps réel des axes et le générateur de trajectoires. Un observateur non-linéaire à grands gains est proposé pour estimer l'état complet du robot flexible ainsi que les efforts d'interaction. Ensuite, un compensateur basé sur l'observateur est proposé pour corriger les erreurs de positionnement en temps réel. La validation expérimentale sur un robot industriel Kuka, montre une très bonne estimation de l'état complet par l'observateur. Un soudage FSW précis grâce à la compensation en temps réel de la flexibilité du manipulateur a pu être effectué avec succès. / The problem addressed in this thesis concerns the control of industrial robot manipulators which are slightly flexible and used for machining and FSW processes. The first objective is to model the robots and processes. The developed models concern the kinematics and dynamics models of 6-axis robots with serial architecture and flexibility localized at joints. The dynamic model parameters and a part of the joint stiffnesses are identified with the approach of output error which gives a satisfy estimation accuracy. According to identification, the RMS residue of the model is 3.2%. The second objective is to improve the robotization performance of manufacturing processes. A simulator was developed that contains the dynamic model of the flexible robot, the process models and the model of the robot controller including control laws in real time of axes and the trajectory generator. A nonlinear high-gains observer is proposed to estimate the complete states of robot system as well as the operation wrenches. Then the observer-based compensator is proposed to correct the positioning errors in real time. The experimental validation of industrial robots shows a satisfactory estimating performance of the observer. A precise FSW welding owing to the real-time compensation for the flexibility of manipulator has been done successfully.